康 鵬 蔣清國 許 昭

(1.天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，天津 300019； 2.中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全綜合評價方法研究

康 鵬1蔣清國2*許 昭2

(1.天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，天津 300019； 2.中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

基于模糊數(shù)學(xué)理論，通過運(yùn)用模糊綜合評價法建立了模型方案，對地鐵運(yùn)營安全系統(tǒng)的綜合性能進(jìn)行了客觀的評價與比較，得出的結(jié)論證明模糊綜合評價法為地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全評價的實用方法。

模糊數(shù)學(xué)，模糊綜合評價法，地鐵運(yùn)營系統(tǒng)，安全

0 引言

截止到2014年，國內(nèi)開通地鐵運(yùn)營的城市已經(jīng)達(dá)到22個，未來一段時間內(nèi)參與到地鐵運(yùn)營的城市及里程仍將繼續(xù)快速增加，國內(nèi)地鐵運(yùn)營系統(tǒng)日趨龐大，地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全已經(jīng)成為地鐵發(fā)展中的焦點。

地鐵運(yùn)營系統(tǒng)包含各種土建工程和車輛、通風(fēng)空調(diào)、供電等各種機(jī)電設(shè)備，是一個集車、機(jī)、工、電、檢、運(yùn)、營等多學(xué)科、多專業(yè)、多工種于一體的復(fù)雜系統(tǒng)[2-4]，因此，對于一個地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評價的最大難度就是多指標(biāo)性,需要綜合考察多項指標(biāo)，指標(biāo)中有定性指標(biāo)和定量指標(biāo),而且很難直接比較其優(yōu)劣，因而必須要對其進(jìn)行科學(xué)的分析處理，到目前為止，針對該課題的研究成果尚少。賈水庫等[1]通過應(yīng)用層次分析法得出人的因素和管理的因素是影響地鐵安全運(yùn)營的首要因素，其次為環(huán)境的因素，而物的因素排序為最后。代寶乾等[4]運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論原則，從外部因素、指揮因素、設(shè)備設(shè)施因素、運(yùn)營管理因素4個方面確立了地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全綜合評價體系。本文基于模糊數(shù)學(xué)(Fuzzy Mathematics)理論對地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全進(jìn)行綜合評價研究和探索,研究成果對地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的正確選擇和運(yùn)營現(xiàn)狀安全的評價具有指導(dǎo)作用,對提高地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全總體水平具有重要意義。

1 模糊綜合評價法及模型

1.1 模糊綜合評價法簡介

自1965年美國自動控制論專家L.A.Zadeh提出Fuzzy sets以來，模糊數(shù)學(xué)得到了較快的發(fā)展[5]，目前已廣泛運(yùn)用于工程技術(shù)和管理中，并取得了很多成果。其中，模糊綜合評價法是其具體運(yùn)用之一[6]。

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評標(biāo)方法，該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強(qiáng)的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

1.2 模糊綜合評價法數(shù)學(xué)模型

實際應(yīng)用中可根據(jù)問題的不同建立對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，繼而得到各階指標(biāo)的評價結(jié)果。本文針對地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全的評價擬采用以下方案，具體模型如下：

1)建立三個集合：評價要素集合U，即一級指標(biāo)；單因素評級集合{U1，U2，… ,Un}，其中U1，U2，…,Un是U的二級指標(biāo)因素集合；評語集合P={很好，好，一般，差，很差}。

2)確立三類矩陣：集合U各要素的權(quán)重矩陣A；集合U1，U2，…,Un各要素的權(quán)重矩陣A1，A2，…,An；對各二級指標(biāo)要素的模糊評判矩陣M1，M2，…,Mn。請一組專家，讓其對二級指標(biāo)按照評語集合一一作評價。具體模式見表1。

表1 二級指標(biāo)下的要素評價

其中，要素是一級指標(biāo)U下的二級指標(biāo)，S11是對于一級指標(biāo)下的U1中的要素1贊成“很好”等級的專家人數(shù)，S12是對于一級指標(biāo)下的U1中的要素1贊成“好”等級的專家人數(shù)，以此類推……，S是總的專家人數(shù)。 模糊評判矩陣M1，即專家評定比例矩陣按下式計算(其他類似)：

則得出二級指標(biāo)評價結(jié)果：

進(jìn)而得出最后評判結(jié)果矩陣C=A§B。定義§為模糊合成符號，等同于讓兩個矩陣相乘。將結(jié)果中的數(shù)字分別對應(yīng)評語矩陣，按照最大隸屬原則，最大的數(shù)對應(yīng)的評語即是該地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的最終模糊評價，即評語評價。

2 在地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全綜合評價中的應(yīng)用實例

根據(jù)目前的地鐵運(yùn)營模式，其運(yùn)營體系可歸納為由人、物、環(huán)境、管理4個主要基本要素組成[1]，其層次結(jié)構(gòu)詳見圖1。

即U={人的因素，物的因素，環(huán)境因素，管理的因素}，其各要素權(quán)重矩陣(邀請10位專家，經(jīng)打分取平均值確定，下同)為：A=(0.420 9，0.106 4，0.051 7，0.420 9)；U1人的因素={乘客，列車操作員，管理人員}，各要素權(quán)重矩陣為：A1=(0.333 3，0.333 3，0.333 3)；U2物的因素={車輛系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，信號系統(tǒng)，通風(fēng)排煙系統(tǒng)}，各要素權(quán)重矩陣為：A2=(0.402 76，0.225 8，0.083 3，0.037 6，0.225 8)；U3環(huán)境因素={社會環(huán)境，設(shè)施作業(yè)環(huán)境，自然環(huán)境}，各要素權(quán)重矩陣為：A3=(0.30，0.60，0.10)；U4管理的因素={機(jī)構(gòu)職責(zé)，規(guī)章制度，安全投入}，各要素權(quán)重矩陣為：A4=(0.088 7，0.559 1，0.352 2)，見表2。

一級指標(biāo) 二級指標(biāo) 二級指標(biāo)下的元素

圖1 地鐵運(yùn)營系統(tǒng)分析的層次結(jié)構(gòu)圖

表2 10個專家對地鐵運(yùn)營系統(tǒng)a,b的安全評價

對地鐵運(yùn)營系統(tǒng)a則有：

同理求出：B2=(0.134 9，0.301 2，0.418 2，0.040 3，0.080 5)；B3=(0.210 0，0.380 0，0.230 0，0.180 0，0)；B4=(0.317 5，0.408 9，0.217 7，0.059 9，0)。

所以地鐵運(yùn)營系統(tǒng)a的評比結(jié)果矩陣：

同法求出地鐵運(yùn)營系統(tǒng)b的評比結(jié)果矩陣：

C=A§B=(0.257 6，0.329 7，0.338 1，0.069 5，0.005 8)。

應(yīng)用結(jié)論：根據(jù)最大隸屬度原則，地鐵運(yùn)營系統(tǒng)a對應(yīng)結(jié)果為0.336 0，地鐵運(yùn)營系統(tǒng)b對應(yīng)結(jié)果為0.338 1。a套地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的等級評語對應(yīng)為“好”，b套地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的等級評語對應(yīng)為“一般”，所以地鐵運(yùn)營系統(tǒng)a的性能更好一些。

如果是對實施階段的地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的評價，則對應(yīng)一種結(jié)果即可得出運(yùn)營系統(tǒng)的安全性高低，在預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)下衡量，即可確定整個運(yùn)營系統(tǒng)是否需要排查并采取適時的應(yīng)對措施。舉一反三，針對某二級指標(biāo)如“物的因素”，為了解其運(yùn)營等級狀況，可設(shè)定其各要素的權(quán)重均等，通過專家打分即可明確該因素的整體狀況，如不理想，則應(yīng)對車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)進(jìn)行排查，繼而采取措施。

3 結(jié)語

由此可見，運(yùn)用模糊綜合評價法可以較為方便地對地鐵運(yùn)營安全系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價與比較，主要得出以下結(jié)論：1)通過運(yùn)用模糊綜合評價法對地鐵運(yùn)營系統(tǒng)a,b形成的評價結(jié)果顯示：系統(tǒng)a相對b較好，且a地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的等級評語是“好”，b地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的等級評語是“一般”，評價結(jié)果量化、直觀。2)指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)值分配雖然或多或少有主觀因素的影響，然而一層一層的多級評判最終可把主觀因素限制在一個很小的范圍內(nèi)，從而保證評判結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。3)本文所介紹的模糊綜合評價法不失為一種地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全評價的實用方法，可以作為地鐵安全評價的參考。當(dāng)然，參照本方法還可以對地鐵系統(tǒng)中的分系統(tǒng)(如供電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、線路及軌道系統(tǒng)、通信設(shè)備等)作安全評價，只需要構(gòu)建出其合理的安全評價指標(biāo)體系即可。

[1] 賈水庫，溫曉虎，林大建，等.基于層次分析法地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全評價技術(shù)的研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2008(5)：137-141.

[2] 李為為，唐禎敏.地鐵運(yùn)營事故分析及其對策研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2004(6):105-108.

[3] 劉天順，朱效潔，徐瑞華.城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營安全和可靠性分析[J].城市軌道交通研究，2006(1):15-17.

[4] 代寶乾，汪 彤，蔣玉琨，等.地鐵運(yùn)營系統(tǒng)安全綜合評價指標(biāo)體系研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2006(12):9-14.

[5] 蔣澤軍.模糊數(shù)學(xué)教程[M].北京:國防工業(yè)出版社，2004.

[6] 胡永宏，賀思輝.綜合評價方法[M].北京:科學(xué)出版社，2000.

Research on comprehensive evaluation method for the safety of subway operation system

Kang Peng1Jiang Qingguo2*Xu Zhao2

(1.TianjinUndergroundRailwayGroupLimitedCompany,Tianjin300019,China;2.ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Xi’an710043,China)

Based on the fuzzy mathematics theory, through the use of fuzzy comprehensive evaluation method to establish the model scheme, objectively compared and evaluated the comprehensive performance of subway operation safety system, the conclusion demonstrated the fuzzy evaluation method was a practical method for subway operation system security evaluation.

fuzzy mathematics, fuzzy comprehensive evaluation method, subway operation system, security

2015-01-28

康 鵬(1982- )，男，工程師； 許 昭(1979- )，男，工程師

蔣清國(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)10-0254-02

U231.92

A